Uniwersytet zielonogórski wydział elektrotechniki, informatyki I telekomunikacji instytut inżynierii elektrycznej praca dyplomowa inżynierska współpraca sterowników plc z czujnikami pomiarowymi



Pobieranie 322.35 Kb.
Strona6/6
Data28.04.2016
Rozmiar322.35 Kb.
1   2   3   4   5   6

Pirometry i termografy


Interesującą metodą „bezdotykowego" pomia­ru temperatury jest użycie klasycznego piromet­ru. Jest to urządzenie umożliwiające obserwo­wanie żarzącego się obiektu przez lunetę i porównywanie jego koloru z kolorem świecenia umieszczonego wewnątrz pirometru drucika ża­rowego. Wartość temperatury odczytuje się ze skali pirometru po doprowadzeniu, w wyniku zwiększania wartości prądu płynącego przez drucik żarowy, do jednakowej jasności świece­nia drucika i obserwowanego obiektu. W czasie pomiaru oba źródła światła obserwuje się przez czerwony filtr. Jest to wygodny sposób mierze­nia temperatury obiektów bardzo gorących, obiektów umieszczonych w miejscach niedostęp­nych (wnętrza pieców lub komór próżniowych) oraz obiektów znajdujących się w środowisku utleniającym lub agresywnym chemicznie, w któ­rym nie można użyć termopar. Pirometrami optycznymi można mierzyć temperaturę w za­kresie od + 750°C do 3000°C, z błędem ok. 4°C w pobliżu dolnej granicy zakresu pomiarowego i ok. 20°C w pobliżu jego górnej granicy.

Opracowanie dobrych czujników podczer­wieni umożliwiło rozszerzenie takiej techniki pomiaru temperatury aż do zakresu normal­nych temperatur pokojowych, przez co weszła ona do codziennej praktyki pomiarowej. Na przykład, firma Omega oferuje cały szereg piro­metrów pracujących w podczerwieni, z cyfro­wym odczytem temperatury, pokrywających zakres od -30°C do +5400°C. Przez pomiar intensywności promieniowania podczerwone­go, ewentualnie dla kilku długości jego fal, wysyłanego przez oddalony obiekt, można z du­żą dokładnością określić temperaturę tego obie­ktu. Technika ta, nazywana termografią, stała się obecnie popularna w najróżniejszych, nie związanych ze sobą dziedzinach ludzkiej działa­lności, np. w medycynie (do wykrywania nowo­tworów) i w budownictwie, gdzie termografią budynku uświadamia projektantom i użytkow­nikowi, którędy „wyparowują" dolary wydawa­ne na ogrzewanie pomieszczeń.


Pomiary wartości niskich temperatur


Przy projektowaniu i użytkowaniu systemów kriogenicznych (pracujących w bardzo niskich temperaturach) spotyka się szczególne prob­lemy, związane z dokładnym pomiarem tem­peratury. Sposób pomiaru temperatury zależy przede wszystkim od tego, jak bliska zera bez­względnego (O K = — 273,16°C) jest wartość mierzonej temperatury

Pomiar wielkości elektrycznych



W elektrotechnice praktycznej zawsze zachodzi konieczność pomiaru pewnych niezbędnych wielkości elektrycznych. Na podstawie wyników z pomiarów napięcia, prądu, częstotliwości itd. można określić właściwości układów lub elementów, ich stan, sprawność itp. Wiele układów pomiarowych składa się z zespołu przyrządów odpowiednio połączonych elektrycznie ze sobą i na podstawie odczytów można wyznaczyć wartość wielkości mierzonej np. metoda techniczna. W wielu przypadkach stosuje się gotowe przyrządy lub przetworniki pomiarowe na których wynik pomiaru podawany jest bezpośrednio.
Poszczególne metody pomiarowe różnią się pomiędzy sobą złożonością, liczbą przyrządów pomiarowych oraz dokładnością otrzymanego wyniku
Pomiaru napięcia można dokonywać metodami bezpośrednimi lub pośrednimi. Metoda bezpośrednia polega na pomiarze napięcia za pomocą różnego typu woltomierzy, do metod pośrednich należą metoda kompensacyjna i metoda techniczna.
Przy pomiarze bezpośrednim wartość badanego napięcia odczytuje się z miernika lub innego wskaźnika. W powszechnie stosowanych woltomierza elektronicznych z wyświetlaczem wartość zmierzonego napięcia jest przedstawiana w postaci bezpośredniego wyniku. Przy pomiarze woltomierzami analogowymi wychylenie wskazówki jest proporcjonalne do wartości napięcia:

U = α Cv



gdzie: α ilość działek odczytanych z podziałki woltomierza, Cv - stała woltomierza przy określonym zakresie pomiarowym. Zarówno przy pomiarze woltomierzem elektronicznym i analogowym występuje systematyczny uchyb wynikający z klasy użytego przyrządu.
Idealny woltomierz nie powinien pobierać w czasie pomiaru żadnego prądu, jednak w warunkach rzeczywistych jest to w zasadzie niemożliwe. Mierzą wartość napięcia dowolnego źródła napięcia należy pamiętać, że wskazanie miernika Uvjest mniejsze od wartości rzeczywistej Us o spadki napięć na impedancji wewnętrznej źródła napięcia Zs, spadki napięcia na przewodach doprowadzających Zp oraz na impedancji wewnętrznej woltomierza Zv. Znając dokładne wartości wszystkich impedancji można wyznaczyć wartość rzeczywistą napięcia w badanym źródle

Us = Uv [1 + (Zs + Zp) / Zv)]




W celu wykonywania pomiarów napięcia z duża dokładnością woltomierze buduje się tak, aby ich rezystancja wewnętrzne była możliwe jak największa. Pomiar bezpośredni przynosi zadowalające wyniki jeżeli rezystancja wewnętrzna miernika jest wielokrotnie większa od rezystancji badanego źródła napięcia

Pomiar prądu może odbywać się – podobnie jak w przypadku pomiarów napięcia- w sposób pośredni lub bezpośredni. W metodach bezpośrednich wykorzystuje różnego typu amperomierze. W czasie pomiarów prądu wpływa się w nieznacznym stopniu na wielkość mierzoną. Główną przyczyną tego stanu jest niezerowa impedancja wewnętrzna miernika lub rezystora pomocniczego. Amperomierz jest zawsze wtrącany w obwód pomiarowy szeregowo i dlatego jego impedancja powinna być możliwe najmniejsza, tak aby spadek napięcia na tym elemencie był pomijalnie mały.
Dokładność pomiaru zależy w dużym stopniu od klasy amperomierza. W miernikach analogowych wychylenie wskazówki jest proporcjonalne do natężenia prądu, a największą dokładność osiąga się przy wychyleniu od 0,75 α do α. W zależności od typu mierników w wyniku podaje się najczęściej wartość średnią lub skuteczną prądu, chociaż można spotkać miernik gdzie zależność pomiędzy wskazaniem i natężeniem prądu jest bardziej złożona. Przykładem tego typu przyrządu mogą być amperomierze bimetalowe, gdzie wychylenie zależne jest nie tylko od natężenia prądu ale także od czasu jego trwania.
Inną – powszechnie znaną pośrednią metodą pomiaru prądu – jest tzw. metoda techniczna. W metodzie tej wykorzystuje się woltomierz do pomiaru spadku napięcia na znanej rezystancji wzorcowej. Z prawa Ohma można wtedy z łatwością wyznaczyć wartość prądu płynącego przez rezystor. Warunkiem zachowania dużej dokładności pomiaru jest zastosowanie takich elementów dla których impedancja woltomierza Zvjest wielokrotnie większa od impedancji rezystora wzorcowego Zw. W przypadku, gdy jednak nie można zachować tego warunku, pomiar obarczony jest błędem systematycznym, który można wyliczyć z zależności:

σ = Zw/ ( Zw + Zv)



Każde urządzenie elektryczne charakteryzuje się pewnym poborem mocy elektrycznej, która jest przekształcana na inną formę mocy np. mechaniczną, świetlna, cieplną itp. Znając wartość mocy pobieranej i oddawanej można określić bilans energetyczny danego urządzenia lub wyznaczyć jego sprawność. Moc jest zdefiniowana jako pewna praca w jednostce czasu i dlatego jako jednostkę przyjmuje się [J / s]. W obwodach elektrycznych jednak korzystniej jest się posługiwać się jednostkami, które wynikają z iloczynu prądu i napięcia:

J / s => (J / C) x (C / s) => V x A



gdzie: J – dżul , s- sekunda, C – kulomb, V – wolt, A – amper. Moc elektryczna może być mierzona w sposób bezpośredni, przy użyciu mierników zwanych watomierzami lub w metodami pośrednimi np. metodą techniczną. W obwodach prądu stałego w zasadzie odbiorniki pobierają tylko moc czynną, w obwodach prądu zmiennego można wyróżnić moc czynną, bierną i pozorną. W przypadku przebiegów odkształconych definiuje się jeszcze tzw. moc odkształceń, która wiąże się z występującymi harmonicznymi prądu lub napięcia


Zjawiska występujące w elektrotechnice mają zazwyczaj charakter okresowy. W obwodach prądu przemiennego konieczna jest więc znajomość częstotliwości występowania poszczególnych procesów. Częstotliwość można zdefiniować jako liczbę okresów w określonym czasie. Podstawową jednostką częstotliwości jest Hz. Przyrządy, które wykorzystuje się do pomiaru częstotliwości często nazywane są częstotliwościomierzami. Metody na których opierają swą zasadę działania te przyrządy pomiarowe można podzielić na metody analogowe (polegające na porównaniu badanego przebiegu z przebiegiem wzorcowym) oraz metody zliczające (wykorzystujące algorytmy cyfrowe to określenia ile razy w pewnym przedziale czasowym występował powtarzający się cykl).
W elektrotechnice częstotliwościomierze budowane są do pracy przy częstotliwościach sieciowych (szczególnie w energetyce) oraz przy częstotliwościach akustycznych i większych. Poszczególne częstotliwościomierze różnią się od siebie zakresem oraz dokładnością pomiaru. Do najczęściej stosowanych należą przyrządy pomiarowe elektroniczne lub cyfrowe. Inne metody stosowane są tylko w szczególnych przypadkach

5. Założenia projektowe

Projektując układ sterowania z wykorzystaniem sterownika PLC firmy FANUC serii 90-30 należy na początku określić obiekt lub obiekty sterowania pod względem ilości potrzebnych sygnałów wejściowych i wyjściowych na podstawie schematu elektrycznego układu. W niniejszej pracy obiektem sterowania jest jednofazowy silnik magnetoelektryczny (silniki z trwałymi magnesami), zasilanym z przemiennika częstotliwości do , którego są podłączone cztery czujniki.

Czujniki maja za zadanie mierzyć określone parametry takie jak , napięcie zasilania, prąd zasilania, prędkość obrotowa oraz temperaturę silnika. Ponieważ w sterowniku zostały wykorzystane wejścia analogowe prądowe , które zawierają się w zakresie od 4mA do 20mA należy zaprojektować układy , które przetworzą sygnały z czujników pomiarowych na sygnały prądowe zawierające się w zakresie 4-20mA.

5.1 Projekt stanowiska laboratoryjnego

5.2 Schemat ideowy do pomiaru temperatury



5.3 Projekt układu przetwarzania napięcia z termorezystora platynowego przeznaczonego do pomiaru temperatury od 20oC do +100 oC na prąd zmieniający się w granicach 4 do +20 mA




5.4. Dobór elementów:

Czujnik temperatury:
Elementem przetwarzającym w tym czujniku jest opornik platynowy Pt100. Zasilany jest prądem stałym 1 mA. Czujnik może pracować w temperaturze od –40 oC do 125oC. Dla temperatury 20oC element oporowy posiada rezystancję 107,99  a dla temperatury +100oC rezystancja wynosi 498,88 .
Rezystor dodatkowy Rd:

Rezystor Rd został tak dobrany aby jego rezystancja była jednakowa jak rezystancja czujnika temperaturowego w temperaturze 20oC czyli

107.99 .

Tolerancja 0,01%.

Temperaturowy współczynnik rezystancji wynosi 1 ppm/oC.

Szumy 0,1 V/V.


Wzmacniacz numer 1.

Został użyty wzmacniacz AD 625C.

Wzmocnienie tego wzmacniacza ku1= 30,762

Błąd tego wzmacniacza dla wzmocnienia powyżej 256 wynosi 0,01%.

Temperaturowy współczynnik wynosi 5 ppm/oC

Rezystory Rf i rezystor Rg.

Rezystory Rf wynoszą 19.6 k

Rezystor Rg wynosi 1,317 k

Tolerancja 0,01%.

Temperaturowy współczynnik rezystancji wynosi 1 ppm/oC.

Szumy 0,1 V/V.


Wzmacniacz numer 2.

Został użyty wzmacniacz MXL 1001.

Wzmocnienie tego wzmacniacza wynosi 1
Źródło napięcia odniesienia.

Zostało użyte źródło AD 780BR

Źródło daje napięcie 3 V.

Błąd napięcia 1 mV

Temperatura pracy od –40 do +85 oC

Rezystor Rx:

Tolerancja 0,01%.

Temperaturowy współczynnik wynosi 1 ppm/oC

Szumy 0,1 V/V.



3. Równanie przetwarzania.


gdzie:


Iwe- prąd zasilania

Rp- rezystancja Pt100

Rd- rezystancja rezystora dodatkowego

- wzmocnienie wzmacniacza numer 1

Uref- napięcie źródła odniesienia

Ku2- wzmocnienie wzmacniacza numer 2

Rx- rezystancja przy źródle prądowym



Wartości poszczególnych elementów:

Iwe= 1 mA

Rp(20oC)= 107,99 

Rp(+100oC)= 498,88 

Rd= 107,99 

ku1= 30,762 V/V

Rf= 19.6 k

Rg= 1,317 k

Uref= 3 V

Ku2= 1


Rx= 750

Dla rezystancji Rp(20oC)= 107,99  prąd wyjściowy wynosi 4 mA.

Dla rezystancji Rp (100oC)= 498,88  prąd wyjściowy wynosi 20 mA

5. Błędy dodatkowe
5.1. Błąd podstawowy w funkcji temperatury:
Ponieważ katalog nie podawał błędu dla wzmacniacza 2 nie uwzględniłem go w obliczeniach.
Dla wszystkich rezystorów:
Rt = R*(1+*t)

gdzie:
R- wartość elementu

= 1 ppm/C – dla wszystkich rezystorów

=5 ppm/C – dla wzmacniacza 1

t = 10
Rdt= 5,4E-3

Rgt= 0,066E-3

Rft= 0.98


Ureft= 9E-5

Rxt= 0.038

ku1t= 1,538E-3


Iwytemp=5.415E-7 Iwytemp= 6,944E-7




Dla Iwy= 4 mA błąd podstawowy wynosi 0,014%.

Dla Iwy= 20 mA błąd podstawowy wynosi 0,0034%.


6.1 Schemat ideowy do pomiaru prędkości obrotowej



Dane prądniczki :

  • TYP PZTK 51-18

  • stała napięciowa 12,5V /1000obr/min,

  • n=8000obr/min

6.3 Układu przetwarzania napięcia z prądniczki tachometrycznej przeznaczonego do pomiaru prędkości obrotowej od 0 do 8000 obr/min na prąd zmieniający się w granicach 4 do +20 mA. Jako gotowy układ zastosowano Lumelowski przetwornik typu P11Z-02-3-1. Jest to przetwornik napięcia na prąd. Maksymalne napięcie wejściowe tego przetwornika jest rowne U=100V, czyli tyle ile uzyskamy z prądniczki tachometrycznej przy maksymalnych obrotach. Na wyjściu przetwornika uzyskujemy prąd w granicach od 4mA do 20mA





Rys.1 Schemat blokowy przetwornika

Schemat wejściowy przetwornika P11Z-02-3-1 separowany jest za pomocą

przekładnika pomiarowego TP, a następnie poprzez konwenter prądu K zamieniany jest na sygnał napięciowy. Układ P realizuje funkcje przetwarzania wartości skutecznej napięcia przemiennego na napięcie stałe.

Układ wyjściowy W standaryzuje sygnał wyjściowy przetwornika.

Zasilacz impulsowy Z dostarcza niezbędnych napięć.

Dane techniczne przetwornika :

- napięcie wejściowe 100 V


  • prąd wejściowy 1A

  • prąd wyjściowy 4....20 mA , Robc 0...500 

  • klasa dokładności 2

  • napięcie zasilania 85...253 V

  • częstotliowość sygnału wejściowego 45..65..500Hz

  • temperatura otoczenia -20..23...55 oC

7.1 Schemat ideowy do pomiaru napięcia zasilania

Jako gotowy układ do mierzenia napięcia zasilania zastosowano niemal identyczny „Lumelowski” przetwornik typu P11Z-04-3-1. Różni się on tylko od poprzednika tym, że maksymalne napięcie wejściowe jest równe U=250v.




Rys.1 Bezpośredni pomiar napięcia Rys.2 Pomiar pośredni za pomocą

Przekładnika napięciowego

6.1 Schemat ideowy do pomiaru prądu zasilania


W układzie do mierzenia prądu zasilania silnika został zastosowany po raz

Kolejny przetwornik z serii P11Z . Tylko tym razem jest to przetwornik I/I i jego dokładne oznaczenie to P11Z-08-3-1. Maksymalny prąd wejściowy jest równy I=1A, a wiec taki jak maksymalny prąd silnika. Wyjście przetwornika jest standardowe i mieści się w granicach 4..20mA.

Rys.1 Pomiar bezpośredni prądu Ryz.2 Pomiar pośredni prądu za pomocą

przekładnika prądowego

8. Oprogramowanie sterownika


LOGIMASTER

Programowanie sterowników serii 90 – 30 obejmuje dwa etapy:



  • konfigurowanie sterownika

  • programowanie sterownika

Oba etapy mogą być wykonane przy pomocy pakietu oprogramowania narzędziowego LOGICMASTER 90, który uruchamia się na komputerze pracującym jako programator, połączonym ze sterownikiem łączem szeregowym poprzez konwerter RS232 / RS 422. Konfigurowanie ma na celu zadeklarowanie dla sterownika modułów jakie zostały zainstalowane w kolejnych slotach płyty łączeniowej oraz jakie adresy fizyczne zostały przypisane wejściom i wyjściom. Kolejnym etapem jest napisanie programu, wprowadzenie go do pamięci sterownika, uruchomienie i testowanie. Przy pisaniu programu należy postępować według niżej przedstawionych zasad.

  • Program użytkownika wykonywany jest zawsze według kolejności szczebli pojawiających się w schemacie drabinkowym, poczynając od pierwszego szczebla aż do szczebla zawierającego instrukcję END kończącą program. Zakłada się przy tym, że prąd przepływa od lewej do prawej strony szczebla. Szczebel musi posiadać odpowiedni format i składnię, a jeżeli występują w nim połączenia równoległe, to najpierw sprawdzana jest linia położona najniżej.

  • Każdy szczebel może posiadać maksymalnie osiem linii równoległych, w każdej linii może znajdować się do dziesięciu elementów połączonych szeregowo. Jeżeli występuje konieczność użycia większej liczby elementów, to można przedłużyć szczebel do drugiej linii za pomocą specjalnych przekaźników kontynuacji.

  • Jeżeli szczebel zawiera cewkę załączoną zboczem sygnału sterującego, to powinna to być jedyna cewka w tym szczeblu.

  • Szczebel musi zawierać przynajmniej jeden styk przed cewką, instrukcją skoku lub inną instrukcją sterującą, funkcją, blokiem funkcyjnym lub linią pionową.

  • Konstrukcja szczebla nie może zawierać odgałęzień mających początek lub koniec wewnątrz innej gałęzi.

  • W szczeblu zawierającym funkcję lub blok funkcyjny nie mogą wystąpić rozgałęzienia rozpoczynające się od linii pionowej, z wyjątkiem prowadzonych bezpośrednio do cewek, a po prawej stronie bloku nie mogą wystąpić żadne styki.

Tekst programu w języku schematów drabinkowych tworzonego za pomocą pakietu LOGICMASTER 90 zapisywany jest w programatorze do pliku w kartotece o nazwie takiej samej jak nazwa programu. Program jest kompilowany szczebel po szczeblu na język maszynowy, zrozumiały dla jednostki centralnej sterownika. W programie oprócz szczebli tworzących właściwą część programu sterującego, występują również deklaracje zmiennych umożliwiające nadawanie zmiennym w programie nazw symbolicznych oraz deklaracje bloków programowych, na które może zostać podzielony program

1   2   3   4   5   6


©absta.pl 2016
wyślij wiadomość

    Strona główna